器件可靠性试验平台
1．平台建设背景与意义
可靠性工程是产品工程中重要的环节，可靠性是产品迎接市场挑战的核心性能之一。为促进光传感/通信综合网络国地联合工程研究中心（OSCC）建设目标的实现，适应大科学工程、科研成果产业化的需求，促进实用化技术的推广应用，推进满足市场需求的高可靠产品的孵化进程，推动相关学科领域和行业技术的发展，建设此可靠性实验室，为相关科学技术研究提供可靠性相关实验研究条件。
2．建设目标与内容
为满足科研和科研成果转化项目及产学研合作项目等研究中的可靠性设计、验证和评估等的需求，OSCC可靠性实验室的建设内容为，通过调研并采购相关软硬件设备、搭建实验平台，逐步形成比较完善的温湿度试验、振动试验、状态观察/监测试验、和热力学仿真设计等可靠性仿真设计分析的能力。
3．平台框架与方案
图1. 可靠性实验室功能组成
可靠性实验室的功能规划如图1所示，规划功能包括温湿度试验、振动试验、状态观测、及可靠性仿真设计功能。其中温湿度试验包括高低温循环和温度冲击试验、高温老化试验、高低温湿热交变试验、高精度高温和低温恒温试验。振动试验包括定频和扫频振动试验、以及编程振动试验。观测手段包括实时振动监测、实时宏观与微观非接触式红外温度监测，显微观察、以及辅助微米尺度观察用的精密电动调节。此外，可靠性实验室还计划建设可靠性仿真试验和设计平台，为可靠性工程中的产品可靠性设计中的热、力、电磁兼容设计等环节提供设计辅助，如进行热仿真、振动仿真、电磁仿真、和热力电磁综合仿真等。
OSCC可靠性实验室自2016年开始筹建，围绕科研和科研成果转化项目以及产学研合作项目研究中的可靠性研究的需求，通过充分的调研和比较分析，本可靠性实验室已并通过招标采购了相关设备近10台，已投入经费100多万，已经初步建成了温湿度试验、振动试验、以及相应的实时监测平台，制定了实验室平台使用管理规范，热、力、电磁仿真试验平台则仍在筹建中。
图2. 实验室一角
如图2所示为可靠性实验室局部图。图中设备包括：二维精密电动调节台、中波制冷型红外热像仪、高温老化箱、高低温交变湿热试验箱。已建成的试验平台简介如下。
温湿度试验平台目前已有高低温交变湿热试验箱、高温老化试验箱、低温检定恒温槽、标准恒温油槽、闭环式温箱等各种试验设备。
各种设备的具体性能指标如下：
（1）鲁轩仪器设备GDJS/LX -250L型高低温交变湿热试验箱
该型高低温交变湿热试验箱设备照片如图3所示，主要性能指标包括：
1) 内箱尺寸：520×620×780（宽×深×高）mm
2) 温度范围：-60℃～+200℃（无负载）
3) 湿度范围：20～98%R.H
4) 温度波动度：≤±0.5℃
5) 温度均匀度：≤±2℃
6) 湿度均匀度：+2/-3%R.H（空载时）
7) 温湿度控制范围及降温特性曲线
8) 降温速率：1～1.5℃/min （空载）
9) 升温速率：2～3℃/min （空载）
（2）沪升仪器H/GW-150L型高温老化试验箱
该型老化试验箱设备照片如图4所示，主要性能指标包括：
1) 内箱尺寸：500×500×600（宽×深×高）mm
2) 温度范围：RT +10℃～+300℃
3) 温度波动度：±0.5℃（RT~150℃）, ±1℃(150~300℃)
4) 温度均匀度：±2℃（RT~85℃）, ±5℃(85~225℃), ±10℃（225~300℃）,
5) 解析精度：0.1℃
6) 升温时间：1～5℃/min （空载）
7) 降温时间：自然风冷
（3）南京凡帝朗FDLRTS-40A型低温检定恒温槽：FDLRTS-40A型低温检定恒温槽设备照片见图5（a），其主要性能指标如表1所示。
（4）南京凡帝朗FDLHTS-300A型标准恒温油槽：FDLHTS-300A型标准恒温油槽设备照片见图5（b），其主要性能指标如表1所示。
表1、恒温槽主要性能指标
检定槽型号 | FDLRTS-40A | FDLHTS-300A |
温度范围 | -40~100℃ | 室温~300℃ |
温度波动度 | ≤±0.01℃/30min | |
温度均匀度（水平、垂直） | ≤0.01℃ | |
外型尺寸 | 750×550×1200 mm | |
工作区尺寸 | Ф150×480(mm) | Ф150×480(mm) |
容积 | 20L | 20L |
功率 | 2.5kw | 1.6kw |
升降温时间 | ≤120min | ≤100min |
电源 | 220V 50HZ | |
重量 | 100kg | 80kg |
内胆外壳材质 | 不锈钢 | |
介质 | 低温时：无水乙醇; 高温时（30℃以上）：软水 | 甲基硅油（90℃以上） |
（5）南京泰斯特TEST-2000闭环式标准温箱
图6. 闭环式温箱
南京泰斯特TEST-2000闭环式标准温箱设备照片见图6。其采用快速加热器、离心风机、压缩单机制冷，带铂金丝热电温度传感器、带安全保护，具备温度、时间、风速调控功能，主要性能指标包括：
1) 设备尺寸：4100×1700×1700（宽×深×高）mm
2) 门尺寸：900×200mm
3) 内箱尺寸：300×300mm
4) 温度范围：RT +10℃～+160℃
5) 温度波动度：±0.5℃（恒定状态时）
6) 温度均匀度：±1℃（套管式）
7) 升温时间：0.2～30℃/min （程序控制）
8) 测温误差：±2℃
9) 相应时间测量误差：1s
10) 气流速度：0.8m/s±0.1m/s
11) 解析精度：0.01℃
12) 调温方式：平衡调温方式
13) 送风循环装置风速范围：0.5~1.5m/s，测量误差不大于±5%
14) 安全保护功能：制冷系统压缩机超压、过流、电机过热；试验室超温、空气调节通道极限超温、循环风机过热、温度保险丝；电源保护。
为了能够开展定频和扫频振动试验、以及编程振动试验，经调研和招标，采购了鲁轩仪器设备ZD/LX-XTP型振动试验台，该型振动试验台设备照片如图6所示，其主要性能包括：
1) 最大试验负载（kg）：100
2) 频率范围（0.01Hz）：1Hz~5000Hz，
3) 振幅（可调范围mmp-p）：0~5mm （扫频时频率变化振幅随机变化）
4) 最大加速度：20g（扫频时频率变化加速度随机变化）
5) 振动方向：垂直+水平+纵向（X.Y.Z轴）
6) 调频功能：1-5000Hz范围内任意频率
7) 扫频：1-5000HZ可以任意设定,真正标准来回扫频
8) 可程式功能：1-5000HZ,1-8段每段可任意设定频率和时间,可循环
9) 倍频功能（0.01Hz）；8段成倍数增加①低到高频②高到低频③低到高再到低频/可循环
10) 振动波形： 正弦波(半波/全波)
11) 时间控制：任何时间可设(秒为单位)
12) 精度： 频率可显示到0.01Hz，精密度0.1Hz
13) 台面尺寸：500×500（mm）
为了实现实时振动监测、实时宏观与微观非接触式温度监测和显微光学观察等，我们采购了红外热像仪、振动检测仪、高倍率光学显微镜、并订制了辅助微米尺度观察用的精密电动调节台。
（1） TELOPS FAST M200制冷型中波红外热像仪
TELOPS FAST M200制冷型中波红外热像仪的设备照片如图7所示，其主要工作参数包括：
1) 工作波长范围：1.5–5.1 µm；
2) 测温范围：最高可测温度2500°C，精度1%或1°C；
3) 配显4倍微镜头、空间分辨率可达3.75微米；
4) 探测器规格：640×512像素；
5) 满帧帧频200Hz；
6) 热像仪支架可三维调节位置（调节范围0.5米），左右旋转360度旋转，上下90度旋转。
7) 配备带热状态分析成像功能的软件HypIR。
（2） 振动测试仪
振动测试仪为ZD/LX-XTP系列振动台配套检测仪，可实现对振动台1Hz~5000Hz范围内振动频率和幅度的实时检测和结果显示。
（3）精密电动调节台
精密电动调节台可实现0.5微米精度的二维程控电动和手动调节，便于对被观测物体进行微米尺度精密位置调节，配合红外热像仪实现对微小尺度精密结构的高分辨率显微红外温度检测。
（4）光学显微镜
实验室拥有普通光学显微镜，和最大放大倍数可达5000倍的单镜头多角度观察高倍率光学显微镜，可以用于对样品表面状态的显微观察。
